近年来,猪链球菌病为养殖产业带来了不小的困扰。猪链球菌不仅威胁着猪群的健康,作为一种人畜共患病,部分菌株还可造成细菌性脑炎或中毒样休克综合征,难以治愈。猪链球菌2型已经成为危害人类健康和造成养猪业经济损失的最重要病原菌之一。目前临床上主要用抗生素类药物治疗猪链球菌感染。然而,由于抗生素的不合理用药,导致猪链球菌出现耐药菌株,产生了耐药性。尤其是猪链球菌有形成生物被膜的特性,极易造成反复发作、不容易被根除,使得临床治疗难度大大增加。
中药在自然界中经过长时间的进化,与机体有着高度的生物相容性,具有天然性。此外,中药还具有多种功能、不易产生耐药性、较少的毒性和副作用、无药物残留、对生态环境无污染等特点。因此,中药在抗菌方面展现出独特的优势和极大的潜力。由于目前对中药抗猪链球菌作用机制方面的了解还不够深入,缺乏系统性和全面性的研究,这给其临床应用和药效评价带来了一定的挑战。
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1单味中药对猪链球菌的抑菌作用
1.1黄连
采集疑似猪链球菌感染致死猪的脾脏和肝脏样本,对样本进行病原分离、微生物学检查及体外抑菌试验,发现七种中草药中黄连醇提取物的抑菌能力最强,其最低抑菌浓度(MIC)为10 mg/mL。同样,黄连水提取物对猪链球菌起到抑制作用的MIC为100 mg/mL。
1.2甘草
甘草醇提取物对猪链球菌2型的MIC为4.13 mg/mL。
1.3蟾酥
将61种单味中草药制成1 g/mL的受试溶液进行体外抑菌试验,发现蟾酥接种的抑菌环直径高达16 mm,对猪链球菌高度敏感。
1.4大黄
采用连续稀释法考察大黄对猪链球菌的抑菌作用,发现其对猪链球菌的MIC为7.8 mg/mL。
1.5蒲公英
蒲公英的不同部位含有不同的成分,香豆素成分具有抗凝、抑菌、消炎和抑制肿瘤的作用。1 g/mL蒲公英能够抑制小鼠体内的猪链球菌,其中预防组的效果优于治疗组。
2复方中药对猪链球菌的抑菌作用
2.1复方白毛藤注射剂
复方白毛藤注射剂按水醇法提取和制剂学要求,以白毛藤为君药,以板兰根、蒲公英、黄连为辅药,以白术为佐药。该注射剂pH在4.5~5.5之间,配置比例为注射剂:生药=1 mL:1 g。发现复方白毛藤注射剂对猪链球菌的MIC和最低杀菌浓度(MBC)分别为1.56 mg/mL和3.12 mg/mL。
2.2银翘天甘方
银翘天甘组方中金银花、连翘、天花粉、甘草体外抗菌的最佳剂量配比为2:3:9:4,发现银翘天甘方对猪链球菌2型的MIC为30µg/mL。
3中药有效成分对猪链球菌的抑菌作用
3.1穿心莲内酯
研究发现穿心莲内酯对猪链球菌的MIC和MBC分别为0.25 mg/mL和0.5 mg/mL。
3.2黄芩素、黄芩苷
黄芩素对猪链球菌的MIC低于1 mg/mL。而黄芩苷在32~64μg/mL时,猪链球菌溶血素活性与对照组相比有明显的抑菌现象。
3.3白皮杉醇
研究发现白皮杉醇对猪链球菌具有抑制作用,其MIC为256µg/mL。
3.4姜黄素
15μM姜黄素显著抑制猪链球菌诱导的促炎细胞因子的产生,缓解猪链球菌引发的中毒性休克。
3.5韭菜乙酸乙酯萃取物、韭菜挥发油
韭菜乙酸乙酯萃取物和挥发油相为主要的抗菌成分,韭菜中的乙酸乙酯萃取物对猪链球菌的MIC为5 mg/mL,韭菜挥发油的MIC为2µg/mL。
4中药或有效成分对猪链球菌的抑菌作用机制
4.1穿心莲内酯
通过扫描电镜观察到穿心莲内酯能够有效干预猪链球菌的生物被膜形成,并通过下调表达luxS基因及抑制AI-2信号分子活性,对猪链球菌生物被膜的形成产生抑制作用。
4.2大黄素
通过电镜扫描观察猪链球菌生物被膜的的变化,发现大黄提取物的浓度与生物被膜的生长具有剂量相关性,当大黄提取物浓度>7.8 mg/mL时对猪链球菌生物被膜具有良好的消除作用。大黄素可破坏细胞膜,抑制cps2A、sao、mrp、epf、neu的表达,抑制猪链球菌的溶血活性。生物膜层干涉测量法和FT-IR多峰拟合试验表明,大黄素诱导CcpA的二级构象位移。利用分子对接和分子动力学技术推测出,大黄素通过氢键(ALA248、GLU249、GLY129和ASN196)和π-πT型相互作用(TYR225和TYR130)与CcpA结合,氨基酸残基突变影响了CcpA与大黄素的亲和力。因此,大黄素通过与CcpA结合抑制猪链球菌对糖的利用,影响猪链球菌的生长。
4.3黄连
50µg/mL黄连水提取物处理24 h后测定猪的基因,发现gapdh、sly和mrp基因被显著抑制。用50µg/mL黄连水提取物处理后使用iTRAQ方法检测猪的26种蛋白质,考察发现有11种蛋白质受到抑制,如抗原样蛋白(D5AGH9)、水解酶(R4NST6)、甲基转移酶H(G7SM56)、糖基转移酶(M1VJJ3)和解旋酶(G7S7E3),推测黄连水提取物通过下调上述蛋白质的表达达到减少生物膜的形成和粘附的作用。
4.4白皮杉醇
白皮杉醇有能力直接与胆固醇依赖型细胞溶素(CDCs)结合,导致其空间结构发生改变,妨碍寡聚体的生成,进而导致其成孔活性降低。结果表明,白皮杉醇能显著减轻分泌CDCs的病原菌所介导的细胞毒性及炎症反应。
4.5黄芩素、黄芩苷
利用网络药理学发现,黄芩素可通过调控IL-17信号通路,靶向MMP2、SYK和FN1等,对CASPS及CCL2产生调控作用,影响细胞凋亡和炎症,继而减轻猪链球菌所致脑膜炎的症状。将黄芩苷与猪链球菌2型SS2ATCC43765参考菌株共同培养后,发现黄芩苷在32~64μg/mL时能够显著抑制猪链球菌溶血素的活性。
4.6姜黄素
姜黄素显著降低猪链球菌2型SC84菌株诱导的脾细胞TNF-α、IL-6、IFN-γ、IL-12和IL-1β的产生,使促炎因子与IL-10的比例下降。说明姜黄素在体外能抑制猪链球菌所致促炎细胞因子,缓解猪链球菌引发的中毒性休克。
4.7银杏素
银杏素可以直接与SLY结合阻止蛋白质的寡聚化,减少体内细菌负荷,从而显著降低SLY的溶血活性,防治猪链球菌引起的细胞损伤。
4.8芍药素
猪链球菌LuxS/AI-2群体感应系统调节生物膜形成,导致致病性和耐药性增加,并降低抗生素治疗的疗效。研究发现榨油后剩余的牡丹籽饼富含单萜类糖苷,可抑制细菌生物膜的形成,其中,芍药素对生物膜有显著的抑制能力。检测AI-2信号分子结果发现,在1/2MIC浓度下,芍药素显著抑制了猪链球菌AI-2信号的产生,与LuxS蛋白具有显著的结合活性。
5讨论
通过调查中药防治猪链球菌病中的应用,发现许多中药、复方或有效成分在应对猪链球菌时通常能够展现出良好的抑菌特性,其抑菌作用机制不同。
通过总结归纳发现中药抑制猪链球菌的机制主要体现在四个方面:1)抑制细菌生物被膜形成。生物膜是猪链球菌主要的生理屏障之一,是药物浸润受阻和杀菌效果下降的主要因素之一。一些中药和有效成分可以干扰猪链球菌的细胞膜结构,影响其正常的生理功能,从而导致其死亡或生长受到限制;2)干扰基因表达。某些中药可能通过影响猪链球菌的基因表达,干扰其关键的代谢途径或蛋白质合成,从而达到抑制细菌增殖的效果;3)抑制细菌分泌的毒素因子。部分中药和有效成分可能通过调节猪链球菌分泌的毒力因子,从而帮助动物更好地对抗感染;4)抑制炎症因子。某些中草药及其有效成分具备抗氧化特性,能够降低自由基对细胞造成的伤害,进而协助动物缓解由猪链球菌感染导致的炎症和组织损害。
中药在自然界中经过长时间的进化,与机体有着高度的生物相容性,具有天然性。此外,中药还具有多种功能、不易产生耐药性、较少的毒性和副作用、无药物残留、对生态环境无污染等特点。因此,中药在抗菌方面展现出独特的优势和极大的潜力。由于目前对中药抗猪链球菌作用机制方面的了解还不够深入,缺乏系统性和全面性的研究,这给其临床应用和药效评价带来了一定的挑战。
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1单味中药对猪链球菌的抑菌作用
1.1黄连
采集疑似猪链球菌感染致死猪的脾脏和肝脏样本,对样本进行病原分离、微生物学检查及体外抑菌试验,发现七种中草药中黄连醇提取物的抑菌能力最强,其最低抑菌浓度(MIC)为10 mg/mL。同样,黄连水提取物对猪链球菌起到抑制作用的MIC为100 mg/mL。
1.2甘草
甘草醇提取物对猪链球菌2型的MIC为4.13 mg/mL。
1.3蟾酥
将61种单味中草药制成1 g/mL的受试溶液进行体外抑菌试验,发现蟾酥接种的抑菌环直径高达16 mm,对猪链球菌高度敏感。
1.4大黄
采用连续稀释法考察大黄对猪链球菌的抑菌作用,发现其对猪链球菌的MIC为7.8 mg/mL。
1.5蒲公英
蒲公英的不同部位含有不同的成分,香豆素成分具有抗凝、抑菌、消炎和抑制肿瘤的作用。1 g/mL蒲公英能够抑制小鼠体内的猪链球菌,其中预防组的效果优于治疗组。
2复方中药对猪链球菌的抑菌作用
2.1复方白毛藤注射剂
复方白毛藤注射剂按水醇法提取和制剂学要求,以白毛藤为君药,以板兰根、蒲公英、黄连为辅药,以白术为佐药。该注射剂pH在4.5~5.5之间,配置比例为注射剂:生药=1 mL:1 g。发现复方白毛藤注射剂对猪链球菌的MIC和最低杀菌浓度(MBC)分别为1.56 mg/mL和3.12 mg/mL。
2.2银翘天甘方
银翘天甘组方中金银花、连翘、天花粉、甘草体外抗菌的最佳剂量配比为2:3:9:4,发现银翘天甘方对猪链球菌2型的MIC为30µg/mL。
3中药有效成分对猪链球菌的抑菌作用
3.1穿心莲内酯
研究发现穿心莲内酯对猪链球菌的MIC和MBC分别为0.25 mg/mL和0.5 mg/mL。
3.2黄芩素、黄芩苷
黄芩素对猪链球菌的MIC低于1 mg/mL。而黄芩苷在32~64μg/mL时,猪链球菌溶血素活性与对照组相比有明显的抑菌现象。
3.3白皮杉醇
研究发现白皮杉醇对猪链球菌具有抑制作用,其MIC为256µg/mL。
3.4姜黄素
15μM姜黄素显著抑制猪链球菌诱导的促炎细胞因子的产生,缓解猪链球菌引发的中毒性休克。
3.5韭菜乙酸乙酯萃取物、韭菜挥发油
韭菜乙酸乙酯萃取物和挥发油相为主要的抗菌成分,韭菜中的乙酸乙酯萃取物对猪链球菌的MIC为5 mg/mL,韭菜挥发油的MIC为2µg/mL。
4中药或有效成分对猪链球菌的抑菌作用机制
4.1穿心莲内酯
通过扫描电镜观察到穿心莲内酯能够有效干预猪链球菌的生物被膜形成,并通过下调表达luxS基因及抑制AI-2信号分子活性,对猪链球菌生物被膜的形成产生抑制作用。
4.2大黄素
通过电镜扫描观察猪链球菌生物被膜的的变化,发现大黄提取物的浓度与生物被膜的生长具有剂量相关性,当大黄提取物浓度>7.8 mg/mL时对猪链球菌生物被膜具有良好的消除作用。大黄素可破坏细胞膜,抑制cps2A、sao、mrp、epf、neu的表达,抑制猪链球菌的溶血活性。生物膜层干涉测量法和FT-IR多峰拟合试验表明,大黄素诱导CcpA的二级构象位移。利用分子对接和分子动力学技术推测出,大黄素通过氢键(ALA248、GLU249、GLY129和ASN196)和π-πT型相互作用(TYR225和TYR130)与CcpA结合,氨基酸残基突变影响了CcpA与大黄素的亲和力。因此,大黄素通过与CcpA结合抑制猪链球菌对糖的利用,影响猪链球菌的生长。
4.3黄连
50µg/mL黄连水提取物处理24 h后测定猪的基因,发现gapdh、sly和mrp基因被显著抑制。用50µg/mL黄连水提取物处理后使用iTRAQ方法检测猪的26种蛋白质,考察发现有11种蛋白质受到抑制,如抗原样蛋白(D5AGH9)、水解酶(R4NST6)、甲基转移酶H(G7SM56)、糖基转移酶(M1VJJ3)和解旋酶(G7S7E3),推测黄连水提取物通过下调上述蛋白质的表达达到减少生物膜的形成和粘附的作用。
4.4白皮杉醇
白皮杉醇有能力直接与胆固醇依赖型细胞溶素(CDCs)结合,导致其空间结构发生改变,妨碍寡聚体的生成,进而导致其成孔活性降低。结果表明,白皮杉醇能显著减轻分泌CDCs的病原菌所介导的细胞毒性及炎症反应。
4.5黄芩素、黄芩苷
利用网络药理学发现,黄芩素可通过调控IL-17信号通路,靶向MMP2、SYK和FN1等,对CASPS及CCL2产生调控作用,影响细胞凋亡和炎症,继而减轻猪链球菌所致脑膜炎的症状。将黄芩苷与猪链球菌2型SS2ATCC43765参考菌株共同培养后,发现黄芩苷在32~64μg/mL时能够显著抑制猪链球菌溶血素的活性。
4.6姜黄素
姜黄素显著降低猪链球菌2型SC84菌株诱导的脾细胞TNF-α、IL-6、IFN-γ、IL-12和IL-1β的产生,使促炎因子与IL-10的比例下降。说明姜黄素在体外能抑制猪链球菌所致促炎细胞因子,缓解猪链球菌引发的中毒性休克。
4.7银杏素
银杏素可以直接与SLY结合阻止蛋白质的寡聚化,减少体内细菌负荷,从而显著降低SLY的溶血活性,防治猪链球菌引起的细胞损伤。
4.8芍药素
猪链球菌LuxS/AI-2群体感应系统调节生物膜形成,导致致病性和耐药性增加,并降低抗生素治疗的疗效。研究发现榨油后剩余的牡丹籽饼富含单萜类糖苷,可抑制细菌生物膜的形成,其中,芍药素对生物膜有显著的抑制能力。检测AI-2信号分子结果发现,在1/2MIC浓度下,芍药素显著抑制了猪链球菌AI-2信号的产生,与LuxS蛋白具有显著的结合活性。
5讨论
通过调查中药防治猪链球菌病中的应用,发现许多中药、复方或有效成分在应对猪链球菌时通常能够展现出良好的抑菌特性,其抑菌作用机制不同。
通过总结归纳发现中药抑制猪链球菌的机制主要体现在四个方面:1)抑制细菌生物被膜形成。生物膜是猪链球菌主要的生理屏障之一,是药物浸润受阻和杀菌效果下降的主要因素之一。一些中药和有效成分可以干扰猪链球菌的细胞膜结构,影响其正常的生理功能,从而导致其死亡或生长受到限制;2)干扰基因表达。某些中药可能通过影响猪链球菌的基因表达,干扰其关键的代谢途径或蛋白质合成,从而达到抑制细菌增殖的效果;3)抑制细菌分泌的毒素因子。部分中药和有效成分可能通过调节猪链球菌分泌的毒力因子,从而帮助动物更好地对抗感染;4)抑制炎症因子。某些中草药及其有效成分具备抗氧化特性,能够降低自由基对细胞造成的伤害,进而协助动物缓解由猪链球菌感染导致的炎症和组织损害。